EP1765042A2 - Shutdown circuit for the inverter of an electronic ballast - Google Patents

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EP1765042A2
EP1765042A2 EP06012554A EP06012554A EP1765042A2 EP 1765042 A2 EP1765042 A2 EP 1765042A2 EP 06012554 A EP06012554 A EP 06012554A EP 06012554 A EP06012554 A EP 06012554A EP 1765042 A2 EP1765042 A2 EP 1765042A2
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EP
European Patent Office
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voltage
capacitor
circuit
electronic ballast
converter
Prior art date
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Withdrawn
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EP06012554A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP1765042A3 (en
Inventor
Bernd Rudolph
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Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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Publication date
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    • H05B41/292—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions

Definitions

  • the invention relates to an electronic ballast for operating a discharge lamp.
  • Electronic ballasts for the operation of discharge lamps are known in many designs. In general, they include a rectifier circuit for rectifying an AC power supply and charging a capacitor often referred to as a DC link capacitor. The voltage applied to this capacitor DC voltage is used to power a transducer that operates the discharge lamp.
  • a converter generates from a rectified AC voltage supply or a DC voltage supply a supply voltage for the discharge lamp to be operated with high-frequency current. Usually, converters generate this high-frequency AC voltage via oppositely switching switching elements.
  • ballasts An important feature of such ballasts is the type of power extraction from the supply network. If the rectifier charges an intermediate circuit capacitor, then, without further measures, charging processes of the intermediate circuit capacitor only occur if the instantaneous mains voltage is above the voltage at the intermediate circuit capacitor. A bad power factor is the consequence.
  • the topology of a pump circuit includes that the rectified supply voltage from the network via at least one electronic pump switch is coupled to the DC link capacitor. This creates a pump node between the rectifier and the electronic pump switch. This is coupled via a pump network to the converter output.
  • the principle of the pump circuit is to take energy from the rectified supply voltage during the half-period of the transducer activity via the pump node and to buffer it in the pump network. In the following half-period the cached energy is supplied via the electronic pump switch to the DC link capacitor.
  • the rectified supply voltage is therefore taken in time with the, in comparison to the frequency of the mains supply high, converter frequency energy.
  • the invention is based on the technical problem of providing an improved electronic ballast with a pump circuit and an associated operating method.
  • the invention is based on the recognition that as soon as and as long as the converter is activated, the pump circuit takes energy from the rectified mains voltage and supplies via the electronic pump switch to the DC link capacitor.
  • the converter is usually activated with the switching on of the electronic ballast. Further control or regulation of the pumping circuit does not normally take place. Without a sufficient load connected to the converter, the pumping circuit increases the voltage across the DC link capacitor. High voltages across the DC link capacitor endanger the components in the electronic ballast, in particular the DC link capacitor itself.
  • the components of the pump circuit and the other components of the electronic ballast are so tuned to the mains supply and the load, so the discharge lamp, that the voltage across the DC link capacitor during normal operation in the vicinity of a fixed value.
  • the voltage across the DC link capacitor may be set so that it is always slightly above the voltage maxima of the rectified AC voltage supply.
  • the converter may be activated in the electronic ballast without a corresponding load being connected.
  • the ballast is turned on.
  • the discharge lamp fails or is damaged during operation, the discharge goes out, and thus no load is connected to the electronic ballast.
  • the gas discharge can not be ignited quickly enough, as in discharge lamps, especially towards the end of their Life can occur. The list of these examples is not exhaustive.
  • the invention has a voltage limiting circuit connected in parallel with the intermediate circuit capacitor.
  • This voltage limiting circuit has several components: a series circuit of a dissipation element and a measuring resistor, a delay circuit and a turn-off device.
  • the shutdown device has a threshold element which defines a switching voltage for the turn-off device via the delay circuit. If the voltage across the DC link capacitor exceeds a maximum maximum voltage determined by the properties of the dissipation element, a significant current flows through the series connection of the dissipation element and the measuring resistor. In this case, the dissipation element converts electrical energy into thermal energy. The current through the measuring resistor is measured as a voltage across it and detected in the delay circuit. If this voltage in the delay circuit exceeds the switching voltage defined by the threshold element, the converter is deactivated by the turn-off device.
  • the dissipation element is a varistor.
  • a varistor is very high-impedance at low voltages and becomes low-ohmic when a certain voltage is exceeded. However, the voltage at which this happens, can vary considerably from varistor to varistor - and during the life of a varistor.
  • a varistor can convert relatively large amounts of energy into heat for short periods of time. For longer time intervals, however, the maximum power consumption is lower.
  • the use of a varistor is particularly advantageous since it is a very inexpensive component.
  • the shutdown device is designed as a bistable shutdown device. Exceeds the detected in the delay circuit Voltage in terms of a specific switching voltage, the cut-off device switches and deactivates the converter. If the detected voltage in the delay circuit, so the turn-off device switches again, if another, lower magnitude switching point is reached. When falling below the lower threshold, the converter is activated again.
  • the turn-off device has a zener diode as a threshold value element.
  • Zener diodes are inexpensive and stable components.
  • the delay circuit has a series connection of a charging resistor and an integration capacitor.
  • the delay circuit detects the voltage across the measuring resistor by means of the parallel connected to this series circuit of the charging resistor and the integration capacitor.
  • the charging time constant of the integration capacitor corresponds to the product of the capacitance of the integration capacitor and the resistance of the charging resistor.
  • the dimensioning of the capacitance of the integration capacitor and the ohmic resistance of the charging resistor determines this time constant. It determines how long a current can flow through the series connection of the dissipation element and the measuring resistor before the voltage detected in the delay circuit reaches the switching voltage of the turn-off device.
  • the delay circuit is designed so that when the voltage across the DC link capacitor exceeds the maximum voltage, a current flow through the dissipation element can be maintained as long as it is possible without risk of destruction of the dissipation element or the components of the circuit. Even after the dissipation element has been switched through, it may be useful not to deactivate the converter immediately via the switch-off device, but to wait as long as possible. This is the case, for example, when a discharge lamp is connected, but the gas discharge is not fast enough could be started. As long as the converter is not yet inactivated, it may still be possible to start the discharge lamp.
  • a discharge resistor is connected in parallel with the integration capacitor.
  • the capacitance of the integration capacitor and the ohmic resistance of the discharge resistor determine the discharge time constant of the integration capacitor, if the turn-off device itself is high-impedance.
  • the integration capacitor and the discharge resistor are dimensioned so that a maximum time-average power loss in the dissipation element can not be exceeded.
  • the dissipation element converts large amounts of energy into heat over short times, but that on average it can only convert significantly less power over longer time intervals. If the integration capacitor is discharged too quickly and the converter is reactivated via the switch-off device, it may be that the dissipation element must again convert energy into heat. If the time intervals between these events are too short, the dissipation element may be destroyed.
  • the integration capacitor and the discharge resistor must therefore be dimensioned so that the converter can not be reactivated too early.
  • the discharge time constant should also not be too large, since it may well be desirable to reactivate the converter after a certain time, for example after an exchange of the discharge lamp.
  • the invention is used for cold starting a discharge lamp.
  • electronic ballasts in which the electrodes of a connected discharge lamp are not heated prior to starting the discharge.
  • the pumping circuit is already activated with the commissioning of the electronic ballast, but it can not be coupled power in the lamp. If the start of the discharge is not within a sufficiently short time, it may be that over the intermediate circuit capacitor an undesirable overvoltage occurs. In such a case, the voltage limiting circuit may reduce the risk of destruction of electronic ballast components. In particular, towards the end of the life of a discharge lamp, it may happen that the time required for starting is comparatively large.
  • the invention can be used advantageously.
  • the figure shows a circuit arrangement according to the invention.
  • the figure shows a circuit arrangement according to the invention, which is to be regarded as part of an electronic ballast with a connected discharge lamp.
  • NKL1 and NKL2 On the left two power supply connections NKL1 and NKL2 are shown, to which a mains supply can be connected to the electronic ballast.
  • a filter of two capacitors C1 and C2 and two coupled coils labeled Fl1 connect the mains supply terminals NKL1 and NKL2 with a full-bridge rectifier from the diodes D1 to D4.
  • a pump switch diode D6 connected to the cathode-side end of the full-bridge rectifier D1 to D4
  • the rectified supply voltage is applied to a DC link capacitor C6, which is shown to the right of the full-bridge rectifier in the figure.
  • the reference potential VB is applied to the anode-side output of the full-bridge rectifier.
  • the positive rectified supply voltage VP is applied.
  • the DC link capacitor C6 feeds the converter constructed here as a half bridge of two switching elements V1 and V2 with a supply power.
  • the switching elements V1 and V2 are designed here as MOSFETs. They generate by means of an opposite clocking at the connection node between them, their center tap NM, an alternating potential which oscillates between the reference potential VB and the supply potential UC6 of the intermediate circuit capacitor. Between the center tap NM and the reference potential VB, a series circuit of a lamp inductor L1, lamp terminals KL1 and KL2 and a coupling capacitor C4 is connected. At the lamp terminals KL1 and KL2 a discharge lamp LA is connected.
  • a transformer coil L3-C is connected in series with the center tap NM.
  • a series circuit of a resistor R2 and a transformer coil L3-B is connected between the center tap NM of the converter and the gate of the supply potential-side circuit element V1.
  • a corresponding series connection of a resistor R1 and a transformer coil L3-A is connected between the reference potential VB and the gate of the switching element V2.
  • a Zener diode DZ1 or DZ2 for overvoltage protection of the switching element V1 and the switching element V2 is connected.
  • the three transformer coils L3-A, L3-B and L3-C are transformer coupled together and symbolically represent a self-excited control for the switching times of the switching elements V1 and V2.
  • a pump capacitor C9 is connected between the node N1 and the left lamp terminal KL1 .
  • a trapezoidal capacitor C8 is connected.
  • the trapezoidal capacitor C8 influences the temporal switching behavior of the switching elements V1 and V2 and thus reduces switching losses.
  • the capacitors C8 and C9 are referred to here together with the lamp inductor L1 as a pump network.
  • the pump network C8, C9, L1 together with the pump switch diode D6 forms a pump branch.
  • the pump network includes at least one energy store, which is connected via a pump switch to the DC link capacitor C6.
  • a series circuit of a varistor R8 and a measuring resistor R3 is connected. Between the varistor R8 and the measuring resistor R3 is a node ND. Between the node ND and the reference potential VB, a delay circuit of a diode D5, an integration resistor R4, a discharge resistor R5 and an integration capacitor C3 is connected. In this case, the diode D5 is connected in series with the integration resistor R4 and the integration capacitor C3. Parallel to the integration capacitor C3, the discharge resistor R5 is connected. At the connection node between the integration resistor R4 and the integration capacitor C3, a shutdown device SD is connected via a high-impedance input. One Deactivation output of the shutdown SD is connected to a control input of the switching element V2.
  • the pump circuit In normal operation, with connected discharge lamp LA and ignited gas discharge, the pump circuit operates as follows:
  • the center tap NM of the converter oscillates at a high frequency between the reference potential VB and the supply potential UC6 of the DC link capacitor C6.
  • the coupling capacitor C4 is designed so that the potential NH at the reference potential-side lamp terminal KL2 corresponds approximately to half the voltage UC6 across the intermediate circuit capacitor C6.
  • the discharge lamp LA is operated on the one hand and pumped via the pump network from the capacitors C8 and C9 and the lamp inductor L1 charge via the pump switch diode D6 in the DC link capacitor C6.
  • the gas discharge in the discharge lamp LA ignites within a time interval in which the voltage UC6 across the intermediate circuit capacitor C6 is not yet critical. If the gas discharge does not ignite, the voltage UC6 across the DC link capacitor C6 can reach values so high that components in the electronic ballast, in particular the DC link capacitor C6 itself, can be destroyed.
  • the circuit arrangement of Figure 1 is intended to reduce this risk.
  • the varistor R8 becomes low-impedance and a current flows through the series circuit of the varistor R8 and the measuring resistor R3. In this case, the varistor to dissipate great achievements in the short term.
  • the voltage at which the varistor R8 becomes low-impedance can vary greatly from one instance to another, and also during the life of the same; 10% are not uncommon in both cases.
  • the delay circuit connected in parallel with the measuring resistor R3 detects the voltage UC3 across the measuring resistor R3.
  • the voltage is stored in the integration capacitor C3. How fast the voltage UC3 rises above the integration capacitor C3 depends on the dimensioning of the components in the delay circuit.
  • the charging time constant is given by the ohmic resistance of the integration capacitor R4 and the capacitance of the integration capacitor C3.
  • the discharge time constant is given by the capacitance of the integration capacitor C3 and the ohmic resistance of the discharge resistor R5. If the discharge time constant is large compared to the charging time constant, the voltage UC3 across the integration capacitor C3 is proportional to the charge which has flowed through the measuring resistor R3 since the varistor R8 was switched on.
  • the charging time constant for the integration capacitor C3 is adjusted so that a current flow through the series circuit of the varistor R8 and the measuring resistor R3 can be maintained as long as it is possible without destroying the varistor R8.
  • the discharge lamp LA is given the longest possible time to ignite the gas discharge. If the voltage across the integration capacitor C3 exceeds the switching threshold of the switch-off device SD, the switch-off device SD deactivates the switching element V2 of the converter. As a result, the voltage UC6 across the DC link capacitor C6 can no longer increase.
  • the integration capacitor C3 is discharged via the discharge resistor R5. This happens slowly compared to the charging of the integration capacitor C3.
  • the shutdown device SD is a bistable shutdown device, ie that when it exceeds a first switching threshold activated and thus the converter is deactivated and activated when falling below a second, smaller threshold the converter.
  • the discharge time constant for the discharge of the integration capacitor C3 is set so that the converter is activated again after a comparatively long time. The reason for this is that the averaged varistor R8 can not dissipate nearly as much power over extended intervals as it does at very short intervals. So it must be prevented a high-frequency Wandler2011 ists- / deactivation cycle, so that the time average power consumption of the varistor does not exceed the corresponding limit.

Abstract

The ballast has an intermediate circuit capacitor (C6) for supplying a DC voltage to switching units (V1, V2). A pump switch diode, capacitors and a lamp inductor charge the capacitor. A varistor (R8), a measuring resistor (R3), a shutdown device (SD), a diode (D5), integration and discharge resistors (R4, R5) and an integration capacitor (C3) are connected in parallel with the capacitor (C6) for limiting voltage across the capacitor (C6). The varistor converts electrical energy into thermal energy when a maximum value for the voltage across the capacitor is exceeded. An independent claim is also included for a method for operating an electronic ballast for a discharge lamp.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Vorschaltgerät zum Betrieb einer Entladungslampe.The invention relates to an electronic ballast for operating a discharge lamp.

Stand der TechnikState of the art

Elektronische Vorschaltgeräte zum Betrieb von Entladungslampen sind in vielfältigen Ausführungen bekannt. In der Regel enthalten sie eine Gleichrichterschaltung zur Gleichrichtung einer Wechselspannungsversorgung und Aufladen eines häufig als Zwischenkreiskondensator bezeichneten Kondensators. Die an diesem Kondensator anliegende Gleichspannung dient zur Versorgung eines Wandlers, der die Entladungslampe betreibt. Grundsätzlich erzeugt ein Wandler aus einer gleichgerichteten Wechselspannungsversorgung oder einer Gleichspannungsversorgung eine Versorgungsspannung für die mit hochfrequentem Strom zu betreibende Entladungslampe. Üblicherweise erzeugen Wandler diese hochfrequente Wechselspannung über gegensinnig schaltende Schaltelemente.Electronic ballasts for the operation of discharge lamps are known in many designs. In general, they include a rectifier circuit for rectifying an AC power supply and charging a capacitor often referred to as a DC link capacitor. The voltage applied to this capacitor DC voltage is used to power a transducer that operates the discharge lamp. In principle, a converter generates from a rectified AC voltage supply or a DC voltage supply a supply voltage for the discharge lamp to be operated with high-frequency current. Usually, converters generate this high-frequency AC voltage via oppositely switching switching elements.

Eine wichtige Eigenschaft solcher Vorschaltgeräte ist die Art der Leistungsentnahme aus dem Versorgungsnetz. Wenn der Gleichrichter einen Zwischenkreiskondensator lädt, so kommt es ohne weitere Maßnahmen lediglich zu Ladungsvorgängen des Zwischenkreiskondensators, wenn die momentane Netzspannung über der Spannung an dem Zwischenkreiskondensator liegt. Ein schlechter Leistungsfaktor ist die Konsequenz.An important feature of such ballasts is the type of power extraction from the supply network. If the rectifier charges an intermediate circuit capacitor, then, without further measures, charging processes of the intermediate circuit capacitor only occur if the instantaneous mains voltage is above the voltage at the intermediate circuit capacitor. A bad power factor is the consequence.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten zur Verbesserung des Leistungsfaktors. Neben Konvertern ― beispielsweise Hochsetzstellerschaltungen - zum Aufladen des Zwischenkreiskondensators aus der gleichgerichteten Netzspannung kommen auch sog. Pumpschaltungen in Betracht. Letztere benötigen einen vergleichsweise geringen schaltungstechnischen Aufwand.There are several ways to improve the power factor. In addition to converters - for example boost converter circuits - for charging the intermediate circuit capacitor from the rectified mains voltage, so-called pump circuits are also possible. The latter require a comparatively low circuit complexity.

Die Topologie einer Pumpschaltung beinhaltet, dass die gleichgerichtete Versorgungsspannung aus dem Netz über mindestens einen elektronischen Pumpschalter mit dem Zwischenkreiskondensator gekoppelt ist. Dadurch entsteht zwischen dem Gleichrichter und dem elektronischen Pumpschalter ein Pumpknoten. Dieser ist über ein Pumpnetzwerk mit dem Wandlerausgang gekoppelt.The topology of a pump circuit includes that the rectified supply voltage from the network via at least one electronic pump switch is coupled to the DC link capacitor. This creates a pump node between the rectifier and the electronic pump switch. This is coupled via a pump network to the converter output.

Das Prinzip der Pumpschaltung besteht darin, während einer Halbperiode der Wandleraktivität über den Pumpknoten Energie aus der gleichgerichteten Versorgungsspannung zu entnehmen und in dem Pumpnetzwerk zwischenzuspeichern. In der darauffolgenden Halbperiode wird die zwischengespeicherte Energie über den elektronischen Pumpschalter dem Zwischenkreiskondensator zugeführt.The principle of the pump circuit is to take energy from the rectified supply voltage during the half-period of the transducer activity via the pump node and to buffer it in the pump network. In the following half-period the cached energy is supplied via the electronic pump switch to the DC link capacitor.

Der gleichgerichteten Versorgungsspannung wird demnach im Takt der, im Vergleich zur Frequenz der Netzversorgung hohen, Wandlerfrequenz Energie entnommen.The rectified supply voltage is therefore taken in time with the, in comparison to the frequency of the mains supply high, converter frequency energy.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein verbessertes elektronisches Vorschaltgerät mit einer Pumpschaltung und ein zugehöriges Betriebsverfahren anzugeben.The invention is based on the technical problem of providing an improved electronic ballast with a pump circuit and an associated operating method.

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät zum Betrieb einer Entladungslampe (LA), welches aufweist:

  • einen Wandler (V1, V2) zur Erzeugung einer hochfrequenten Wechselspannung,
  • einen Zwischenkreiskondensator (C6) zur Versorgung (UC6) des Wandlers (V1, V2) mit einer Gleichspannung,
  • und eine Pumpschaltung (D6, C8, C9, L1), welche den Zwischenkreiskondensator (C6) aus der Wechselspannung des Wandlers (V1, V2) lädt,
gekennzeichnet durch eine zu dem Zwischenkreiskondensator (C6) parallel geschaltete Spannungsbegrenzungsschaltung (R8, R3, D5, R4, R5, C3, DZ3) zur Begrenzung der Spannung (UC6) über dem Zwischenkreiskondensator (C6), welche aufweist:
  • eine Serienschaltung (R3, R8) mit einem Dissipationselement (R8) und einem Messwiderstand (R3),
  • eine Verzögerungsschaltung (R4, R5, C3)
  • und eine ein Schwellenwertelement (DZ3), welches eine Schaltspannung (UC3) über der Verzögerungsschaltung (R4, R5, C3) definiert, aufweisende Abschalteinrichtung (SD), deren Ausgangssignal beim Überschreiten der maximalen Spannung (UC3) den Wandler (V1, V2) deaktiviert,
wobei das Dissipationselement (R8) beim Überschreiten eines maximalen, durch das Dissipationselement bestimmten Wertes der Spannung (UC6) über dem Zwischenkreiskondensator (C6) elektrische Energie in thermische Energie umwandelt
und der Strom durch den Messwiderstand (R3) als Spannung (UR3) über diesem gemessen,
in der Verzögerungsschaltung (R4, R5, C3) erfasst
und der Abschalteinrichtung (SD) als Eingangssignal (UC3) zugeführt wird, sowie ein entsprechendes Betriebsverfahren.The invention relates to an electronic ballast for operating a discharge lamp (LA), which comprises:
  • a converter (V1, V2) for generating a high-frequency alternating voltage,
  • a DC link capacitor (C6) for supplying (UC6) the converter (V1, V2) with a DC voltage,
  • and a pump circuit (D6, C8, C9, L1) which charges the link capacitor (C6) from the AC voltage of the converter (V1, V2),
characterized by a voltage limiting circuit (R8, R3, D5, R4, R5, C3, DZ3) connected in parallel with the intermediate circuit capacitor (C6) for limiting the voltage (UC6) across the intermediate circuit capacitor (C6), which comprises:
  • a series connection (R3, R8) with a dissipation element (R8) and a measuring resistor (R3),
  • a delay circuit (R4, R5, C3)
  • and a switch-off device (SD) having a threshold value element (DZ3) which defines a switching voltage (UC3) across the delay circuit (R4, R5, C3) whose output signal deactivates the converter (V1, V2) when the maximum voltage (UC3) is exceeded .
wherein the dissipation element (R8) converts electrical energy into thermal energy when a maximum value of the voltage (UC6) across the intermediate circuit capacitor (C6) determined by the dissipation element is exceeded
and the current through the measuring resistor (R3) is measured as a voltage (UR3) above it,
in the delay circuit (R4, R5, C3)
and the shutdown device (SD) is supplied as an input signal (UC3), and a corresponding operating method.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden im Folgenden näher erläutert. Die Offenbarung bezieht sich dabei stets sowohl auf die Verfahrenskategorie, als auch auf die Vorrichtungskategorie der Erfindung.Preferred embodiments of the invention are specified in the dependent claims and are explained in more detail below. The disclosure always refers to both the process category and the device category of the invention.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass sobald und solange der Wandler aktiviert ist, die Pumpschaltung Energie aus der gleichgerichteten Netzspannung entnimmt und über den elektronischen Pumpschalter dem Zwischenkreiskondensator zuführt. Der Wandler wird üblicherweise mit dem Einschalten des elektronischen Vorschaltgerätes aktiviert. Eine weitere Steuerung oder Regelung der Pumpschaltung findet normalerweise nicht statt. Ohne eine ausreichende, an dem Wandler angeschlossene Last erhöht die Pumpschaltung die Spannung über dem Zwischenkreiskondensator. Hohe Spannungen über dem Zwischenkreiskondensator gefährden die Bauteile in dem elektronischen Vorschaltgerät, insbesondere den Zwischenkreiskondensator selber.The invention is based on the recognition that as soon as and as long as the converter is activated, the pump circuit takes energy from the rectified mains voltage and supplies via the electronic pump switch to the DC link capacitor. The converter is usually activated with the switching on of the electronic ballast. Further control or regulation of the pumping circuit does not normally take place. Without a sufficient load connected to the converter, the pumping circuit increases the voltage across the DC link capacitor. High voltages across the DC link capacitor endanger the components in the electronic ballast, in particular the DC link capacitor itself.

Üblicherweise sind die Bauteile der Pumpschaltung und die anderen Bauteile des elektronischen Vorschaltgerätes so auf die Netzversorgung und die Last, also die Entladungslampe, abgestimmt, dass die Spannung über dem Zwischenkreiskondensator sich während des normalen Betriebes in der Umgebung eines festen Wertes aufhält. Beispielsweise kann die Spannung über dem Zwischenkreiskondensator so eingestellt sein, dass diese immer etwas über den Spannungsmaxima der gleichgerichteten Wechselspannungsversorgung liegt.Usually, the components of the pump circuit and the other components of the electronic ballast are so tuned to the mains supply and the load, so the discharge lamp, that the voltage across the DC link capacitor during normal operation in the vicinity of a fixed value. For example, the voltage across the DC link capacitor may be set so that it is always slightly above the voltage maxima of the rectified AC voltage supply.

Es gibt verschiedene Gründe, warum der Wandler in dem elektronischen Vorschaltgerät aktiviert sein kann, ohne dass eine entsprechende Last angeschlossen ist. Beispielsweise ist es möglich, dass gar keine Entladungslampe an das elektronische Vorschaltgerät angeschlossen ist, das Vorschaltgerät jedoch eingeschaltet ist. Weiter ist es möglich, dass die Entladungslampe während des Betriebes ausfällt oder beschädigt wird, die Entladung erlischt, und damit keine Last mehr an das elektronische Vorschaltgerät angeschlossen ist. Insbesondere ist es auch möglich, dass bei einer intakten angeschlossenen Entladungslampe die Gasentladung nicht schnell genug gezündet werden kann, wie es bei Entladungslampen vor allem gegen Ende ihrer Lebensdauer vorkommen kann. Die Liste dieser Beispiele ist nicht abschließend.There are several reasons why the converter may be activated in the electronic ballast without a corresponding load being connected. For example, it is possible that no discharge lamp is connected to the electronic ballast, but the ballast is turned on. Further, it is possible that the discharge lamp fails or is damaged during operation, the discharge goes out, and thus no load is connected to the electronic ballast. In particular, it is also possible that in an intact connected discharge lamp, the gas discharge can not be ignited quickly enough, as in discharge lamps, especially towards the end of their Life can occur. The list of these examples is not exhaustive.

Zur Vermeidung von Überspannungen an dem Zwischenkreiskondensator weist die Erfindung eine parallel zu dem Zwischenkreiskondensator geschaltete Spannungsbegrenzungsschaltung auf. Diese Spannungsbegrenzungsschaltung weist mehrere Bestandteile auf: eine Serienschaltung aus einem Dissipationselement und einem Messwiderstand, eine Verzögerungsschaltung und eine Abschalteinrichtung. Die Abschalteinrichtung weist ein Schwellenwertelement auf, welches eine Schaltspannung für die Abschalteinrichtung über der Verzögerungsschaltung definiert. Überschreitet die Spannung über dem Zwischenkreiskondensator eine maximale, durch die Eigenschaften des Dissipationselementes bestimmte, maximale Spannung, so fließt ein nennenswerter Strom durch die Serienschaltung aus dem Dissipationselement und dem Messwiderstand. Dabei wird von dem Dissipationselement elektrische Energie in thermische Energie umgewandelt. Der Strom durch den Messwiderstand wird als Spannung über diesem gemessen und in der Verzögerungsschaltung erfasst. Überschreitet diese Spannung in der Verzögerungsschaltung die durch das Schwellenwertelement definierte Schaltspannung, so wird der Wandler durch die Abschalteinrichtung deaktiviert.In order to avoid overvoltages on the intermediate circuit capacitor, the invention has a voltage limiting circuit connected in parallel with the intermediate circuit capacitor. This voltage limiting circuit has several components: a series circuit of a dissipation element and a measuring resistor, a delay circuit and a turn-off device. The shutdown device has a threshold element which defines a switching voltage for the turn-off device via the delay circuit. If the voltage across the DC link capacitor exceeds a maximum maximum voltage determined by the properties of the dissipation element, a significant current flows through the series connection of the dissipation element and the measuring resistor. In this case, the dissipation element converts electrical energy into thermal energy. The current through the measuring resistor is measured as a voltage across it and detected in the delay circuit. If this voltage in the delay circuit exceeds the switching voltage defined by the threshold element, the converter is deactivated by the turn-off device.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Dissipationselement ein Varistor. Ein Varistor ist bei niedrigen Spannungen sehr hochohmig und wird beim Überschreiten einer bestimmten Spannung niederohmig. Die Spannung, bei der dies geschieht, kann jedoch von Varistor zu Varistor - und während der Lebensdauer eines Varistors - erheblich schwanken. Ein Varistor kann für kurze Zeiten relativ große Mengen Energie in Wärme umwandeln. Für längere Zeitintervalle ist jedoch die maximale Leistungsaufnahme geringer. Die Verwendung eines Varistors ist besonders vorteilhaft, da es sich um ein sehr preisgünstiges Bauteil handelt.In a preferred embodiment of the invention, the dissipation element is a varistor. A varistor is very high-impedance at low voltages and becomes low-ohmic when a certain voltage is exceeded. However, the voltage at which this happens, can vary considerably from varistor to varistor - and during the life of a varistor. A varistor can convert relatively large amounts of energy into heat for short periods of time. For longer time intervals, however, the maximum power consumption is lower. The use of a varistor is particularly advantageous since it is a very inexpensive component.

Vorzugsweise ist die Abschalteinrichtung als eine bistabile Abschalteinrichtung ausgelegt. Überschreitet die in der Verzögerungsschaltung erfasste Spannung betragsmäßig eine bestimmte Schaltspannung, so schaltet die Abschalteinrichtung und deaktiviert den Wandler. Fällt die erfasste Spannung in der Verzögerungsschaltung, so schaltet die Abschalteinrichtung erst wieder, wenn eine weitere, betragsmäßig kleinere Schaltstelle unterschritten wird. Beim Unterschreiten der unteren Schaltschwelle wird der Wandler wieder aktiviert.Preferably, the shutdown device is designed as a bistable shutdown device. Exceeds the detected in the delay circuit Voltage in terms of a specific switching voltage, the cut-off device switches and deactivates the converter. If the detected voltage in the delay circuit, so the turn-off device switches again, if another, lower magnitude switching point is reached. When falling below the lower threshold, the converter is activated again.

Vorzugsweise weist die Abschalteinrichtung eine Zenerdiode als Schwellenwertelement auf. Zenerdioden sind preiswerte und stabile Bauelemente.Preferably, the turn-off device has a zener diode as a threshold value element. Zener diodes are inexpensive and stable components.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Verzögerungsschaltung eine Serienschaltung aus einem Ladewiderstand und einem Integrationskondensator auf. Die Verzögerungsschaltung erfasst die Spannung über dem Messwiderstand mittels der parallel zu diesem geschalteten Serienschaltung aus dem Ladewiderstand und dem Integrationskondensator. Die Aufladezeitkonstante des Integrationskondensators entspricht dem Produkt aus der Kapazität des Integrationskondensators und dem ohmschen Widerstand des Ladewiderstandes. Die Dimensionierung der Kapazität des Integrationskondensators und des ohmschen Widerstandes des Ladewiderstandes bestimmt diese Zeitkonstante. Sie bestimmt, wie lange ein Strom durch die Serienschaltung aus dem Dissipationselement und dem Messwiderstand fließen kann, bevor die in der Verzögerungsschaltung erfasste Spannung die Schaltspannung der Abschalteinrichtung erreicht.In a preferred embodiment of the invention, the delay circuit has a series connection of a charging resistor and an integration capacitor. The delay circuit detects the voltage across the measuring resistor by means of the parallel connected to this series circuit of the charging resistor and the integration capacitor. The charging time constant of the integration capacitor corresponds to the product of the capacitance of the integration capacitor and the resistance of the charging resistor. The dimensioning of the capacitance of the integration capacitor and the ohmic resistance of the charging resistor determines this time constant. It determines how long a current can flow through the series connection of the dissipation element and the measuring resistor before the voltage detected in the delay circuit reaches the switching voltage of the turn-off device.

Vorzugsweise ist die Verzögerungsschaltung so ausgelegt, dass wenn die Spannung über dem Zwischenkreiskondensator die maximale Spannung übersteigt, ein Stromfluss durch das Dissipationselement so lange erhalten bleiben kann, wie es ohne Gefahr der Zerstörung des Dissipationselementes bzw. der Bauteile der Schaltung, möglich ist. Auch nach dem Durchschalten des Dissipationselementes kann es nützlich sein, den Wandler nicht sofort über die Abschalteinrichtung zu inaktivieren, sondern noch so lange wie möglich zu warten. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn zwar eine Entladungslampe angeschlossen ist, die Gasentladung jedoch nicht schnell genug gestartet werden konnte. Solange der Wandler noch nicht inaktiviert ist, gelingt ein Starten der Entladungslampe eventuell noch.Preferably, the delay circuit is designed so that when the voltage across the DC link capacitor exceeds the maximum voltage, a current flow through the dissipation element can be maintained as long as it is possible without risk of destruction of the dissipation element or the components of the circuit. Even after the dissipation element has been switched through, it may be useful not to deactivate the converter immediately via the switch-off device, but to wait as long as possible. This is the case, for example, when a discharge lamp is connected, but the gas discharge is not fast enough could be started. As long as the converter is not yet inactivated, it may still be possible to start the discharge lamp.

Vorzugsweise ist dem Integrationskondensator ein Entladewiderstand parallel geschaltet. Die Kapazität des Integrationskondensators und der ohmsche Widerstand des Entladewiderstandes bestimmen die Entladezeitkonstante des Integrationskondensators, falls die Abschalteinrichtung selber hochohmig ist.Preferably, a discharge resistor is connected in parallel with the integration capacitor. The capacitance of the integration capacitor and the ohmic resistance of the discharge resistor determine the discharge time constant of the integration capacitor, if the turn-off device itself is high-impedance.

Vorzugsweise sind der Integrationskondensator und der Entladewiderstand so dimensioniert, dass eine maximale zeitlich mittlere Verlustleistung in dem Dissipationselement nicht überschritten werden kann. Wie weiter oben erwähnt, ist es möglich, dass das Dissipationselement über kurze Zeiten große Mengen Energie in Wärme umwandelt, aber dass es im Mittel über längere Zeitintervalle nur eine deutlich geringere Leistung umwandeln kann. Wird der Integrationskondensator zu schnell entladen und der Wandler über die Abschalteinrichtung wieder aktiviert, kann es sein, dass das Dissipationselement schon wieder Energie in Wärme umwandeln muss. Sind die zeitlichen Abstände zwischen diesen Ereignissen zu kurz, so wird eventuell das Dissipationselement zerstört. Der Integrationskondensator und der Entladewiderstand müssen also so dimensioniert sein, dass der Wandler nicht zu früh wieder aktiviert werden kann. Andererseits sollte die Entladezeitkonstante allerdings auch nicht zu groß sein, da es durchaus gewünscht sein kann, den Wandler nach einer gewissen Zeit wieder zu aktivieren, beispielsweise nach einem Austausch der Entladungslampe.Preferably, the integration capacitor and the discharge resistor are dimensioned so that a maximum time-average power loss in the dissipation element can not be exceeded. As mentioned above, it is possible that the dissipation element converts large amounts of energy into heat over short times, but that on average it can only convert significantly less power over longer time intervals. If the integration capacitor is discharged too quickly and the converter is reactivated via the switch-off device, it may be that the dissipation element must again convert energy into heat. If the time intervals between these events are too short, the dissipation element may be destroyed. The integration capacitor and the discharge resistor must therefore be dimensioned so that the converter can not be reactivated too early. On the other hand, the discharge time constant should also not be too large, since it may well be desirable to reactivate the converter after a certain time, for example after an exchange of the discharge lamp.

Vorzugsweise wird die Erfindung zum Kaltstart einer Entladungslampe verwendet. Es gibt Ausführungsformen von elektronischen Vorschaltgeräten, bei denen die Elektroden einer angeschlossenen Entladungslampe nicht vor dem Starten der Entladung geheizt werden. Bei einem solchen Kaltstartszenario wird mit der Inbetriebnahme des elektronischen Vorschaltgerätes bereits die Pumpschaltung aktiviert, es kann jedoch noch keine Leistung in die Lampe eingekoppelt werden. Erfolgt der Start der Entladung nicht innerhalb einer hinreichend kurzen Zeit, so kann es sein, dass über dem Zwischenkreiskondensator eine unerwünschte Überspannung auftritt. In solch einem Fall kann die Spannungsbegrenzungsschaltung das Risiko der Zerstörung von Bauteilen des elektronischen Vorschaltgerätes verringern. Insbesondere gegen Ende der Lebensdauer einer Entladungslampe kann es vorkommen, dass die zum Starten notwendige Zeit vergleichsweise groß ist.Preferably, the invention is used for cold starting a discharge lamp. There are embodiments of electronic ballasts in which the electrodes of a connected discharge lamp are not heated prior to starting the discharge. In such a cold start scenario, the pumping circuit is already activated with the commissioning of the electronic ballast, but it can not be coupled power in the lamp. If the start of the discharge is not within a sufficiently short time, it may be that over the intermediate circuit capacitor an undesirable overvoltage occurs. In such a case, the voltage limiting circuit may reduce the risk of destruction of electronic ballast components. In particular, towards the end of the life of a discharge lamp, it may happen that the time required for starting is comparatively large.

Nicht nur beim Kaltstart einer Entladungslampe kann es vorkommen, dass die Gasentladung zu spät gezündet wird, sondern auch beim Starten einer Entladungslampe mit vorgeheizten Elektroden. Auch in diesem Fall kann die Erfindung vorteilhaft eingesetzt werden.Not only when a cold start of a discharge lamp, it may happen that the gas discharge is ignited too late, but also when starting a discharge lamp with preheated electrodes. Also in this case, the invention can be used advantageously.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die dabei offenbarten Einzelmerkmale können auch in anderen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Die vorstehende und folgende Beschreibungen beziehen sich auf die Vorrichtungskategorie und die Verfahrenskategorie der Erfindung, ohne dass dies im Einzelnen noch explizit erwähnt wird.In the following, the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. The individual features disclosed may also be essential to the invention in other combinations. The foregoing and following descriptions refer to the device category and the method category of the invention, without explicitly mentioning it in detail.

Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung.The figure shows a circuit arrangement according to the invention.

Bevorzugte Ausführung der ErfindungPreferred embodiment of the invention

Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, die als Bestandteil eines elektronischen Vorschaltgerätes mit angeschlossener Entladungslampe aufzufassen ist.The figure shows a circuit arrangement according to the invention, which is to be regarded as part of an electronic ballast with a connected discharge lamp.

Links sind zwei Netzversorgungsanschlüsse NKL1 und NKL2 eingezeichnet, an denen eine Netzversorgung an das elektronische Vorschaltgerät angeschlossen werden kann. Ein Filter aus zwei Kondensatoren C1 und C2 und zwei mit Fl1 bezeichneten gekoppelten Spulen verbinden die Netzversorgungsanschlüsse NKL1 und NKL2 mit einem Vollbrückengleichrichter aus den Dioden D1 bis D4. Über eine am kathodenseitigen Ende des Vollbrückengleichrichters D1 bis D4 angeschlossene Pumpschalterdiode D6 wird die gleichgerichtete Versorgungsspannung an einen Zwischenkreiskondensator C6 gelegt, der in der Figur rechts von dem Vollbrückengleichrichter eingezeichnet ist. Über dem Zwischenkreiskondensator C6 fällt die Spannung UC6 ab.On the left two power supply connections NKL1 and NKL2 are shown, to which a mains supply can be connected to the electronic ballast. A filter of two capacitors C1 and C2 and two coupled coils labeled Fl1 connect the mains supply terminals NKL1 and NKL2 with a full-bridge rectifier from the diodes D1 to D4. Via a pump switch diode D6 connected to the cathode-side end of the full-bridge rectifier D1 to D4, the rectified supply voltage is applied to a DC link capacitor C6, which is shown to the right of the full-bridge rectifier in the figure. Via the DC link capacitor C6, the voltage UC6 drops.

An dem anodenseitigen Ausgang des Vollbrückengleichrichters liegt das Bezugspotential VB an. An dem kathodenseitigen Ausgang des Vollbrückengleichrichters, an einem Verbindungsknoten N1 zwischen dem Vollbrückengleichrichter und der Pumpschalterdiode D6, liegt die positive gleichgerichtete Versorgungsspannung VP an. Parallel zu dem Vollbrückengleichrichter D1 bis D4 ist ein Entstörkondensator C5 zur Reduzierung von Netzstromharmonischen geschaltet.The reference potential VB is applied to the anode-side output of the full-bridge rectifier. At the cathode-side output of the full-bridge rectifier, at a connection node N1 between the full-bridge rectifier and the pump switch diode D6, the positive rectified supply voltage VP is applied. Parallel to the full-bridge rectifier D1 to D4, a suppression capacitor C5 is connected for the reduction of mains harmonic.

Der Zwischenkreiskondensator C6 speist den hier als Halbbrücke aus zwei Schaltelementen V1 und V2 aufgebauten Wandler mit einer Versorgungsleistung. Die Schaltelemente V1 und V2 sind hier als MOSFETs ausgeführt. Sie erzeugen mittels einer gegensinnigen Taktung an dem Verbindungsknoten zwischen ihnen, ihrem Mittenabgriff NM, ein Wechselpotential, welches zwischen dem Bezugspotential VB und dem Versorgungspotential UC6 des Zwischenkreiskondensators oszilliert. Zwischen den Mittenabgriff NM und das Bezugspotential VB ist eine Serienschaltung aus einer Lampendrossel L1, Lampenanschlüssen KL1 und KL2 und einem Koppelkondensator C4 geschaltet. An den Lampenanschlüssen KL1 und KL2 ist eine Entladungslampe LA angeschlossen.The DC link capacitor C6 feeds the converter constructed here as a half bridge of two switching elements V1 and V2 with a supply power. The switching elements V1 and V2 are designed here as MOSFETs. They generate by means of an opposite clocking at the connection node between them, their center tap NM, an alternating potential which oscillates between the reference potential VB and the supply potential UC6 of the intermediate circuit capacitor. Between the center tap NM and the reference potential VB, a series circuit of a lamp inductor L1, lamp terminals KL1 and KL2 and a coupling capacitor C4 is connected. At the lamp terminals KL1 and KL2 a discharge lamp LA is connected.

In Serie zu dem Mittenabgriff NM ist eine Transformatorspule L3-C geschaltet. Zwischen den Mittenabgriff NM des Wandlers und das Gate des versorgungspotentialseitigen Schaltungselementes V1 ist eine Serienschaltung aus einem Widerstand R2 und einer Transformatorspule L3-B geschaltet. Eine entsprechende Serienschaltung aus einem Widerstand R1 und einer Transformatorspule L3-A ist zwischen das Bezugspotential VB und das Gate des Schaltelementes V2 geschaltet. Jeweils parallel zu diesen Serienschaltungen aus einem der Widerstände R2 bzw. R1 und einer der Transformatorspulen L3-B bzw. L3-A ist eine Zenerdiode DZ1 bzw. DZ2 zum Überspannungsschutz des Schaltelementes V1 bzw. des Schaltelementes V2 geschaltet. Die drei Transformatorspulen L3-A, L3-B und L3-C sind transformatorisch untereinander gekoppelt und stellen symbolisch eine selbsterregte Steuerung für die Schaltzeiten der Schaltelemente V1 und V2 dar.In series with the center tap NM, a transformer coil L3-C is connected. Between the center tap NM of the converter and the gate of the supply potential-side circuit element V1, a series circuit of a resistor R2 and a transformer coil L3-B is connected. A corresponding series connection of a resistor R1 and a transformer coil L3-A is connected between the reference potential VB and the gate of the switching element V2. In each case parallel to these series circuits of one of the resistors R2 and R1 and one of the transformer coils L3-B and L3-A, a Zener diode DZ1 or DZ2 for overvoltage protection of the switching element V1 and the switching element V2 is connected. The three transformer coils L3-A, L3-B and L3-C are transformer coupled together and symbolically represent a self-excited control for the switching times of the switching elements V1 and V2.

Zwischen den Knoten N1 und den linken Lampenanschluss KL1 ist ein Pumpkondensator C9 geschaltet. Parallel zu diesem Pumpkondensator, jedoch zum Mittenabgriff NM, ist ein Trapezkondensator C8 geschaltet. Der Trapezkondensator C8 beeinflusst das zeitliche Schaltverhalten der Schaltelemente V1 und V2 und reduziert so Schaltverluste. Die Kondensatoren C8 und C9 werden hier zusammen mit der Lampendrossel L1 als Pumpnetzwerk bezeichnet. Das Pumpnetzwerk C8, C9, L1 bildet zusammen mit der Pumpschalterdiode D6 einen Pumpzweig. Es sind jedoch nahezu beliebige Pumpnetzwerktopologien denkbar. Entscheidend ist, dass das Pumpnetzwerk mindestens einen Energiespeicher enthält, der über einen Pumpschalter mit dem Zwischenkreiskondensator C6 verbunden ist.Between the node N1 and the left lamp terminal KL1 a pump capacitor C9 is connected. Parallel to this pump capacitor, but to the center tap NM, a trapezoidal capacitor C8 is connected. The trapezoidal capacitor C8 influences the temporal switching behavior of the switching elements V1 and V2 and thus reduces switching losses. The capacitors C8 and C9 are referred to here together with the lamp inductor L1 as a pump network. The pump network C8, C9, L1 together with the pump switch diode D6 forms a pump branch. However, almost any pump network topologies are conceivable. It is crucial that the pump network includes at least one energy store, which is connected via a pump switch to the DC link capacitor C6.

Parallel zu dem Zwischenkreiskondensator C6 ist eine Serienschaltung aus einem Varistor R8 und einem Messwiderstand R3 geschaltet. Zwischen dem Varistor R8 und dem Messwiderstand R3 liegt ein Knoten ND. Zwischen den Knoten ND und das Bezugspotential VB ist eine Verzögerungsschaltung aus einer Diode D5, einem Integrationswiderstand R4, einem Entladewiderstand R5 und einem Integrationskondensator C3 geschaltet. Dabei ist die Diode D5 zu dem Integrationswiderstand R4 und dem Integrationskondensator C3 in Serie geschaltet. Parallel zu dem Integrationskondensator C3 ist der Entladewiderstand R5 geschaltet. An dem Verbindungsknoten zwischen dem Integrationswiderstand R4 und dem Integrationskondensator C3 ist eine Abschalteinrichtung SD über einen hochohmigen Eingang angeschlossen. Ein Deaktivierungsausgang der Abschalteinrichtung SD ist mit einem Steuereingang des Schaltelementes V2 verbunden.Parallel to the intermediate circuit capacitor C6, a series circuit of a varistor R8 and a measuring resistor R3 is connected. Between the varistor R8 and the measuring resistor R3 is a node ND. Between the node ND and the reference potential VB, a delay circuit of a diode D5, an integration resistor R4, a discharge resistor R5 and an integration capacitor C3 is connected. In this case, the diode D5 is connected in series with the integration resistor R4 and the integration capacitor C3. Parallel to the integration capacitor C3, the discharge resistor R5 is connected. At the connection node between the integration resistor R4 and the integration capacitor C3, a shutdown device SD is connected via a high-impedance input. One Deactivation output of the shutdown SD is connected to a control input of the switching element V2.

Im Normalbetrieb, bei angeschlossener Entladungslampe LA und gezündeter Gasentladung, funktioniert die Pumpschaltung wie folgt: Der Mittenabgriff NM des Wandlers oszilliert mit einer hohen Frequenz zwischen dem Bezugspotential VB und dem Versorgungspotential UC6 des Zwischenkreiskondensators C6. Der Koppelkondensator C4 ist so ausgelegt, dass das Potential NH an dem bezugspotentialseitigen Lampenanschluss KL2 etwa der halben Spannung UC6 über dem Zwischenkreiskondensator C6 entspricht. Getrieben durch das oszillierende Potential am Mittenabgriff NM wird einerseits die Entladungslampe LA betrieben und andererseits über das Pumpnetzwerk aus den Kondensatoren C8 und C9 und der Lampendrossel L1 Ladung über die Pumpschalterdiode D6 in den Zwischenkreiskondensator C6 gepumpt.In normal operation, with connected discharge lamp LA and ignited gas discharge, the pump circuit operates as follows: The center tap NM of the converter oscillates at a high frequency between the reference potential VB and the supply potential UC6 of the DC link capacitor C6. The coupling capacitor C4 is designed so that the potential NH at the reference potential-side lamp terminal KL2 corresponds approximately to half the voltage UC6 across the intermediate circuit capacitor C6. Driven by the oscillating potential at the center tap NM, the discharge lamp LA is operated on the one hand and pumped via the pump network from the capacitors C8 and C9 and the lamp inductor L1 charge via the pump switch diode D6 in the DC link capacitor C6.

Bei einem Kaltstart einer Entladungslampe LA passiert Folgendes in einer Schaltungsanordnung nach Figur 1: Mittels des Pumpnetzwerkes C8, C9 und L1 wird Ladung über die Pumpschalterdiode D6 in den Zwischenkreiskondensator gepumpt. Je mehr Schaltvorgänge der Wandler vor dem Zünden der Gasentladung in der Entladungslampe LA durchführt, umso höher steigt die Spannung UC6 über dem Zwischenkreiskondensator C6.In the case of a cold start of a discharge lamp LA, the following happens in a circuit arrangement according to FIG. 1: By means of the pump network C8, C9 and L1, charge is pumped via the pump switch diode D6 into the DC link capacitor. The more switching operations the converter performs before igniting the gas discharge in the discharge lamp LA, the higher the voltage UC6 rises above the intermediate circuit capacitor C6.

Normalerweise zündet die Gasentladung in der Entladungslampe LA innerhalb eines Zeitintervalles, bei dem die Spannung UC6 über dem Zwischenkreiskondensator C6 noch nicht kritisch ist. Zündet die Gasentladung nicht, so kann die Spannung UC6 über dem Zwischenkreiskondensator C6 so hohe Werte erreichen, dass Bauteile in dem elektronischen Vorschaltgerät, insbesondere der Zwischenkreiskondensator C6 selber, zerstört werden können. Die Schaltungsanordnung aus Figur 1 soll dieses Risiko verringern.Normally, the gas discharge in the discharge lamp LA ignites within a time interval in which the voltage UC6 across the intermediate circuit capacitor C6 is not yet critical. If the gas discharge does not ignite, the voltage UC6 across the DC link capacitor C6 can reach values so high that components in the electronic ballast, in particular the DC link capacitor C6 itself, can be destroyed. The circuit arrangement of Figure 1 is intended to reduce this risk.

Tritt an dem Kondensator C6 eine Überspannung auf, so wird der ansonsten hochohmige Varistor R8 niederohmig und es fließt ein Strom durch die Serienschaltung aus Varistor R8 und Messwiderstand R3. Dabei kann der Varistor kurzfristig große Leistungen dissipieren. Die Spannung, bei der der Varistor R8 niederohmig wird, kann stark von Exemplar zu Exemplar, und auch während der Lebensdauer eines solchen, schwanken; 10 % sind in beiden Fällen nicht ungewöhnlich.If an overvoltage occurs at the capacitor C6, the otherwise high-resistance varistor R8 becomes low-impedance and a current flows through the series circuit of the varistor R8 and the measuring resistor R3. In this case, the varistor to dissipate great achievements in the short term. The voltage at which the varistor R8 becomes low-impedance can vary greatly from one instance to another, and also during the life of the same; 10% are not uncommon in both cases.

Die parallel zu dem Messwiderstand R3 geschaltete Verzögerungsschaltung erfasst die Spannung UC3 über dem Messwiderstand R3. Die Spannung wird dabei in dem Integrationskondensator C3 gespeichert. Wie schnell die Spannung UC3 dabei über dem Integrationskondensator C3 steigt, hängt von der Dimensionierung der Bauelemente in der Verzögerungsschaltung ab. Die Ladezeitkonstante ist gegeben durch den ohmschen Widerstand des Integrationskondensators R4 und der Kapazität des Integrationskondensators C3. Die Entladezeitkonstante ist dabei gegeben durch die Kapazität des Integrationskondensators C3 und den ohmschen Widerstand des Entladewiderstandes R5. Ist die Entladezeitkonstante groß im Vergleich zur Ladezeitkonstante, so ist die Spannung UC3 über dem Integrationskondensator C3 proportional zu der Ladung, welche durch den Messwiderstand R3 seit dem Durchschalten des Varistors R8 geflossen ist.The delay circuit connected in parallel with the measuring resistor R3 detects the voltage UC3 across the measuring resistor R3. The voltage is stored in the integration capacitor C3. How fast the voltage UC3 rises above the integration capacitor C3 depends on the dimensioning of the components in the delay circuit. The charging time constant is given by the ohmic resistance of the integration capacitor R4 and the capacitance of the integration capacitor C3. The discharge time constant is given by the capacitance of the integration capacitor C3 and the ohmic resistance of the discharge resistor R5. If the discharge time constant is large compared to the charging time constant, the voltage UC3 across the integration capacitor C3 is proportional to the charge which has flowed through the measuring resistor R3 since the varistor R8 was switched on.

Die Ladezeitkonstante für den Integrationskondensator C3 ist so eingestellt, dass ein Stromfluss durch die Serienschaltung aus dem Varistor R8 und dem Messwiderstand R3 so lange erhalten bleiben kann, wie es ohne Zerstörung des Varistors R8 möglich ist. So wird der Entladungslampe LA eine möglichst lange Zeit gegeben, die Gasentladung zu zünden. Überschreitet die Spannung über dem Integrationskondensator C3 die Schaltschwelle der Abschalteinrichtung SD, so deaktiviert die Abschalteinrichtung SD das Schaltelement V2 des Wandlers. Damit kann die Spannung UC6 über dem Zwischenkreiskondensator C6 nicht weiter ansteigen. Der Integrationskondensator C3 wird über den Entladewiderstand R5 entladen. Dies geschieht verglichen mit dem Aufladen des Integrationskondensators C3 langsam.The charging time constant for the integration capacitor C3 is adjusted so that a current flow through the series circuit of the varistor R8 and the measuring resistor R3 can be maintained as long as it is possible without destroying the varistor R8. Thus, the discharge lamp LA is given the longest possible time to ignite the gas discharge. If the voltage across the integration capacitor C3 exceeds the switching threshold of the switch-off device SD, the switch-off device SD deactivates the switching element V2 of the converter. As a result, the voltage UC6 across the DC link capacitor C6 can no longer increase. The integration capacitor C3 is discharged via the discharge resistor R5. This happens slowly compared to the charging of the integration capacitor C3.

Bei der Abschalteinrichtung SD handelt es sich um eine bistabile Abschalteinrichtung, d. h. dass sie beim Überschreiten einer ersten Schaltschwelle aktiviert und damit der Wandler deaktiviert wird und beim Unterschreiten einer zweiten, kleineren Schaltschwelle den Wandler aktiviert. Die Entladezeitkonstante für die Entladung des Integrationskondensators C3 ist so eingestellt, dass der Wandler erst wieder nach einer vergleichsweise langen Zeit aktiviert wird. Der Grund dafür ist, dass der Varistor R8 gemittelt über längere Intervalle nicht annähernd so viel Leistung dissipieren kann, wie bei sehr kurzen Intervallen. Es muss also ein hochfrequenter Wandleraktivierungs-/Deaktivierungszyklus verhindert werden, so dass die zeitlich mittlere Leistungsaufnahme des Varistors nicht den entsprechenden Grenzwert überschreitet.The shutdown device SD is a bistable shutdown device, ie that when it exceeds a first switching threshold activated and thus the converter is deactivated and activated when falling below a second, smaller threshold the converter. The discharge time constant for the discharge of the integration capacitor C3 is set so that the converter is activated again after a comparatively long time. The reason for this is that the averaged varistor R8 can not dissipate nearly as much power over extended intervals as it does at very short intervals. So it must be prevented a high-frequency Wandleraktivierungs- / deactivation cycle, so that the time average power consumption of the varistor does not exceed the corresponding limit.

Es ist andererseits sinnvoll, den Wandler nach einer gewissen Zeit wieder zu aktivieren, weil das Nichtzünden der Gasentladung ein einmaliges Ereignis sein kann, oder weil zwischendurch die Entladungslampe LA ausgewechselt worden ist.On the other hand, it makes sense to reactivate the converter after a certain time, because the non-ignition of the gas discharge can be a one-time event, or because in between the discharge lamp LA has been replaced.

Claims (14)

Elektronisches Vorschaltgerät zum Betrieb einer Entladungslampe (LA), welches aufweist: • einen Wandler (V1, V2) zur Erzeugung einer hochfrequenten Wechselspannung, • einen Zwischenkreiskondensator (C6) zur Versorgung (UC6) des Wandlers (V1, V2) mit einer Gleichspannung, • und eine Pumpschaltung (D6, C8, C9, L1), welche den Zwischenkreiskondensator (C6) aus der Wechselspannung des Wandlers (V1, V2) lädt, gekennzeichnet durch eine zu dem Zwischenkreiskondensator (C6) parallel geschaltete Spannungsbegrenzungsschaltung (R8, R3, D5, R4, R5, C3, SD) zur Begrenzung der Spannung (UC6) über dem Zwischenkreiskondensator (C6), welche aufweist: • eine Serienschaltung (R3, R8) mit einem Dissipationselement (R8) und einem Messwiderstand (R3), • eine Verzögerungsschaltung (R4, R5, C3) • und eine ein Schwellenwertelement (DZ3), welches eine Schaltspannung (UC3) über der Verzögerungsschaltung (R4, R5, C3) definiert, aufweisende Abschalteinrichtung (SD), deren Ausgangssignal beim Überschreiten der maximalen Spannung (UC3) den Wandler (V1, V2) deaktiviert, wobei das Dissipationselement (R8) beim Überschreiten eines maximalen, durch das Dissipationselement bestimmten Wertes der Spannung (UC6) über dem Zwischenkreiskondensator (C6) elektrische Energie in thermische Energie umwandelt
und der Strom durch den Messwiderstand (R3) als Spannung (UR3) über diesem gemessen,
in der Verzögerungsschaltung (R4, R5, C3) erfasst
und der Abschalteinrichtung (SD) als Eingangssignal (UC3) zugeführt wird.Electronic ballast for operating a discharge lamp (LA), comprising: A converter (V1, V2) for generating a high-frequency alternating voltage, A DC link capacitor (C6) for supplying (UC6) the converter (V1, V2) with a DC voltage, And a pump circuit (D6, C8, C9, L1) which charges the intermediate circuit capacitor (C6) from the AC voltage of the converter (V1, V2), characterized by a voltage limiting circuit (R8, R3, D5, R4, R5, C3, SD) connected in parallel with the intermediate circuit capacitor (C6) for limiting the voltage (UC6) across the intermediate circuit capacitor (C6), which comprises: A series circuit (R3, R8) with a dissipation element (R8) and a measuring resistor (R3), A delay circuit (R4, R5, C3) • and a threshold value element (DZ3), which defines a switching voltage (UC3) over the delay circuit (R4, R5, C3), comprising turn-off device (SD) whose output signal when exceeding the maximum voltage (UC3) the converter (V1, V2) disabled wherein the dissipation element (R8) converts electrical energy into thermal energy when a maximum value of the voltage (UC6) across the intermediate circuit capacitor (C6) determined by the dissipation element is exceeded
and the current through the measuring resistor (R3) is measured as a voltage (UR3) above it,
in the delay circuit (R4, R5, C3)
and the turn-off device (SD) is supplied as an input signal (UC3). Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 1, bei dem das Dissipationselement (R8) ein Varistor ist.An electronic ballast according to claim 1, wherein the dissipation element (R8) is a varistor. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Abschalteinrichtung (SD) als eine bistabile Abschalteinrichtung (SD) ausgelegt ist.Electronic ballast according to one of the preceding claims, in which the shutdown device (SD) is designed as a bistable shutdown device (SD). Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Abschalteinrichtung (DZ3) eine Z-Diode (DZ3) als Schwellenwertelement aufweist.Electronic ballast according to one of the preceding claims, in which the turn-off device (DZ3) has a Zener diode (DZ3) as a threshold value element. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Verzögerungsschaltung (R4, R5, C3) die Spannung (UR3) über dem Messwiderstand (R3) über eine parallel zu diesem (R3) geschaltete Serienschaltung aus einem Ladewiderstand (R4) und einem Integrationskondensator (C3) erfasst.Electronic ballast according to one of the preceding claims, wherein the delay circuit (R4, R5, C3) the voltage (UR3) across the measuring resistor (R3) via a parallel to this (R3) connected series circuit of a charging resistor (R4) and an integration capacitor ( C3). Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche bei dem die Verzögerungsschaltung (R4, R5, C3) so ausgelegt ist, dass, wenn die Spannung (UC6) über dem Zwischenkreiskondensator (C6) die maximale Spannung übersteigt, ein Stromfluss durch das Dissipationselement (R8) nur solange erhalten bleiben kann, wie es ohne Zerstörung des Dissipationselementes (R8) möglich ist.Electronic ballast according to one of the preceding claims, wherein the delay circuit (R4, R5, C3) is designed so that when the voltage (UC6) across the link capacitor (C6) exceeds the maximum voltage, current flow through the dissipation element (R8) only as long as it is possible, as it is possible without destroying the Dissipationselementes (R8). Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, zumindest nach Anspruch 5, bei dem dem Integrationskondensator (C3) ein Entladewiderstand (R5) parallel geschaltet ist.Electronic ballast according to one of the preceding claims, at least according to Claim 5, in which a discharge resistor (R5) is connected in parallel with the integration capacitor (C3). Elektronisches Vorschaltgerät nach Anspruch 7, bei dem der Integrationskondensator (C3) und der Entladewiderstand (R5) so ausgelegt sind, dass eine maximale zeitlich mittlere Verlustleistung in dem Dissipationselement (R8) nicht überschritten werden kann.Electronic ballast according to Claim 7, in which the integration capacitor (C3) and the discharge resistor (R5) are designed in such a way that that a maximum temporally average power loss in the dissipation element (R8) can not be exceeded. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Kaltstart einer Entladungslampe.Electronic ballast according to one of the preceding claims for the cold start of a discharge lamp. Elektronisches Vorschaltgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Betrieb einer Niederdruckentladungslampe.Electronic ballast according to one of the preceding claims for operating a low-pressure discharge lamp. Verfahren zum Betrieb eines elektronischen Vorschaltgerätes für eine Entladungslampe (LA), bei dem • ein Wandler (V1, V2) eine hochfrequente Wechselspannung erzeugt, • ein Zwischenkreiskondensator (C6) den Wandler (V1, V2) mit einer Gleichspannung versorgt, • und eine Pumpschaltung (D6, C8, C9, L1) den Zwischenkreiskondensator (C6) aus der Wechselspannung des Wandlers (V1, V2) lädt, dadurch gekennzeichnet, dass eine zu dem Zwischenkreiskondensator (C6) parallel geschaltete Spannungsbegrenzungsschaltung (R8, R3, D5, R4, R5, C3, SD) die Spannung (UC6) über dem Zwischenkreiskondensator (C6) begrenzt, welche Spannungsbegrenzungsschaltung (R8, R3, D5, R4, R5, C3, SD) aufweist: • eine Serienschaltung (R3, R8) aus einem Dissipationselement (R8) und einem Messwiderstand (R3), • eine Verzögerungsschaltung (R4, R5, C3) • und eine ein Schwellenwertelement (DZ3), welches eine Schaltspannung (UC3) über der Verzögerungsschaltung (R4, R5, C3) definiert, aufweisende Abschalteinrichtung (SD) deren Ausgangssignal beim Überschreiten der maximalen Spannung (UC3) den Wandler (V1, V2) deaktiviert, wobei das Dissipationselement (R8) beim Überschreiten eines maximalen, durch das Dissipationselement bestimmten Wertes der Spannung (UC6) über dem Zwischenkreiskondensator (C6) elektrische Energie in thermische Energie umwandelt
und der Strom durch den Messwiderstand (R3) als Spannung (UR3) über diesem gemessen,
in der Verzögerungsschaltung (R4, R5, C3) erfasst
und der Abschalteinrichtung (SD) als Eingangssignal (UC3) zugeführt wird.Method for operating an electronic ballast for a discharge lamp (LA), in which A converter (V1, V2) generates a high-frequency alternating voltage, A DC link capacitor (C6) supplies the converter (V1, V2) with a DC voltage, And a pump circuit (D6, C8, C9, L1) charges the intermediate circuit capacitor (C6) from the AC voltage of the converter (V1, V2), characterized in that a voltage limiting circuit (R8, R3, D5, R4, R5, C3, SD) connected in parallel with the intermediate circuit capacitor (C6) limits the voltage (UC6) across the intermediate circuit capacitor (C6), which voltage limiting circuit (R8, R3, D5 , R4, R5, C3, SD) comprises: A series circuit (R3, R8) comprising a dissipation element (R8) and a measuring resistor (R3), A delay circuit (R4, R5, C3) • and a threshold value element (DZ3), which defines a switching voltage (UC3) on the delay circuit (R4, R5, C3), having switch-off (SD) whose output signal when exceeding the maximum voltage (UC3), the converter (V1, V2) is deactivated . wherein the dissipation element (R8) converts electrical energy into thermal energy when a maximum value of the voltage (UC6) across the intermediate circuit capacitor (C6) determined by the dissipation element is exceeded
and the current through the measuring resistor (R3) is measured as a voltage (UR3) above it,
in the delay circuit (R4, R5, C3)
and the turn-off device (SD) is supplied as an input signal (UC3). Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die maximale Spannung (UC6) über dem Zwischenkreiskondensator (C6) vor dem Start der Entladung überschritten wird, so dass das Dissipationselement (R8) elektrische Energie in thermische Energie umwandelt und die Abschalteinrichtung (SD) den Wandler inaktiviert.Method according to Claim 11, in which the maximum voltage (UC6) across the intermediate circuit capacitor (C6) is exceeded before the start of the discharge, so that the dissipation element (R8) converts electrical energy into thermal energy and the shutdown device (SD) deactivates the converter. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Elektroden der Entladungslampe (LA) vor dem Start nicht geheizt werden, sondern ein Kaltstart durchgeführt wird.The method of claim 12, wherein the electrodes of the discharge lamp (LA) are not heated before starting, but a cold start is performed. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13 unter Verwendung eines Vorschaltgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 10.The method of claim 11, 12 or 13 using a ballast according to one of claims 1 to 10.
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